Waarom koolstofdioxide zo'n grote invloed heeft op het klimaat op aarde

Waarom koolstofdioxide zo'n grote invloed heeft op het klimaat op aarde De Orbiting Carbon Observatory-satelliet maakt nauwkeurige metingen van de koolstofdioxidewaarden op aarde vanuit de ruimte. NASA / JPL

Er wordt mij vaak gevraagd hoe koolstofdioxide een belangrijk effect kan hebben op het wereldwijde klimaat wanneer de concentratie zo klein is - gewoon 0.041% van de atmosfeer van de aarde. En menselijke activiteiten zijn hiervoor verantwoordelijk slechts 32% van dat bedrag.

Ik bestudeer het belang van atmosferische gassen voor luchtvervuiling en klimaatverandering. De sleutel tot de sterke invloed van kooldioxide op het klimaat is het vermogen om warmte te absorberen die wordt uitgestoten door het oppervlak van onze planeet, zodat het niet naar de ruimte kan ontsnappen.

Waarom koolstofdioxide zo'n grote invloed heeft op het klimaat op aarde De 'Keeling Curve', genoemd naar wetenschapper Charles David Keeling, volgt de ophoping van koolstofdioxide in de atmosfeer van de aarde, gemeten in delen per miljoen. Scripps Institution of Oceanography, CC BY

Vroege kaswetenschap

De wetenschappers die voor het eerst het belang van kooldioxide voor het klimaat in de 1850's identificeerden, waren ook verrast door de invloed ervan. Afzonderlijk werken, John Tyndall in Engeland en Eunice Foote in de Verenigde Staten bleek dat koolstofdioxide, waterdamp en methaan alle warmte absorbeerden, terwijl meer overvloedige gassen dat niet deden.

Wetenschappers hadden al berekend dat de aarde ongeveer 59 graden Fahrenheit was (33 graden Celsius) warmer dan het zou moeten zijn, gezien de hoeveelheid zonlicht die het oppervlak bereikt. De beste verklaring voor die discrepantie was dat de atmosfeer warmte vasthield om de planeet te verwarmen.

Tyndall en Foote toonden aan dat stikstof en zuurstof, die samen 99% van de atmosfeer uitmaken, in wezen geen invloed hadden op de temperatuur van de aarde omdat ze geen warmte absorbeerden. Integendeel, ze ontdekten dat gassen in veel kleinere concentraties volledig verantwoordelijk waren voor het handhaven van temperaturen die de aarde bewoonbaar maakten, door warmte op te vangen om een natuurlijk broeikaseffect.

Een deken in de atmosfeer

De aarde ontvangt constant energie van de zon en straalt deze terug de ruimte in. Om de temperatuur van de planeet constant te houden, moet de netto warmte die het van de zon ontvangt, worden gecompenseerd door uitgaande warmte die het afgeeft.

Omdat de zon heet is, geeft deze energie af in de vorm van kortegolfstraling op voornamelijk ultraviolette en zichtbare golflengten. De aarde is veel koeler, dus het straalt warmte uit als infraroodstraling, die langere golflengten heeft.

oorzaken Het elektromagnetische spectrum is het bereik van alle soorten EM-straling - energie die zich voortbeweegt en zich verspreidt. De zon is veel heter dan de aarde, dus zendt deze straling uit op een hoger energieniveau, dat een kortere golflengte heeft. NASA

Koolstofdioxide en andere warmte-bevattende gassen hebben moleculaire structuren waardoor ze infraroodstraling kunnen absorberen. De bindingen tussen atomen in een molecuul kunnen op bepaalde manieren trillen, zoals de toonhoogte van een pianosnaar. Wanneer de energie van een foton overeenkomt met de frequentie van het molecuul, wordt het geabsorbeerd en gaat zijn energie over naar het molecuul.

Koolstofdioxide en andere warmte-bevattende gassen hebben drie of meer atomen en frequenties die komen overeen met infraroodstraling van de aarde. Zuurstof en stikstof, met slechts twee atomen in hun moleculen, absorberen geen infraroodstraling.

De meeste inkomende kortegolfstraling van de zon passeert de atmosfeer zonder te worden geabsorbeerd. Maar de meeste uitgaande infraroodstraling wordt geabsorbeerd door warmtevangstende gassen in de atmosfeer. Dan kunnen ze die warmte afgeven of opnieuw uitstralen. Sommigen keren terug naar het aardoppervlak en houden het warmer dan anders het geval zou zijn.

Waarom koolstofdioxide zo'n grote invloed heeft op het klimaat op aarde De aarde ontvangt zonne-energie van de zon (geel) en retourneert energie terug naar de ruimte door wat binnenkomend licht te reflecteren en warmte uit te stralen (rood). Broeikasgassen vangen een deel van die warmte op en brengen het terug naar het aardoppervlak. NASA via Wikimedia

Onderzoek naar warmteoverdracht

Tijdens de Koude Oorlog werd de absorptie van infraroodstraling door veel verschillende gassen uitgebreid bestudeerd. Het werk werd geleid door de Amerikaanse luchtmacht, die hittezoekende raketten ontwikkelde en moest begrijpen hoe warmte door lucht kan worden gedetecteerd.

Dit onderzoek stelde wetenschappers in staat het klimaat en de atmosferische samenstelling van alle planeten in het zonnestelsel te begrijpen door hun infraroodhandtekeningen te observeren. Venus gaat bijvoorbeeld over 870 F (470 C) omdat de dikke atmosfeer dat is 96.5% koolstofdioxide.

Het informeerde ook de weersvoorspelling en klimaatmodellen, waardoor ze konden kwantificeren hoeveel infraroodstraling in de atmosfeer wordt vastgehouden en naar het aardoppervlak terugkeert.

Mensen vragen me soms waarom koolstofdioxide belangrijk is voor het klimaat, aangezien waterdamp meer infraroodstraling absorbeert en de twee gassen op verschillende golflengtes absorberen. De reden is dat de bovenste atmosfeer van de aarde de straling regelt die naar de ruimte ontsnapt. De bovenste atmosfeer is veel minder dicht en bevat veel minder waterdamp dan in de buurt van de grond, wat betekent dat het toevoegen van meer kooldioxide beïnvloedt aanzienlijk hoeveel infraroodstraling ontsnapt naar de ruimte.

Koolstofdioxide niveaus stijgen en dalen over de hele wereld en veranderen seizoensgebonden met plantengroei en verval.

Het broeikaseffect observeren

Heb je ooit gemerkt dat woestijnen 's nachts vaak kouder zijn dan bossen, zelfs als hun gemiddelde temperaturen hetzelfde zijn? Zonder veel waterdamp in de atmosfeer boven woestijnen, ontsnapt de straling die ze afgeven gemakkelijk naar de ruimte. In vochtiger gebieden wordt straling van het oppervlak gevangen door waterdamp in de lucht. Evenzo zijn bewolkte nachten meestal warmer dan heldere nachten omdat er meer waterdamp aanwezig is.

De invloed van koolstofdioxide is te zien in vroegere klimaatveranderingen. IJskernen van de afgelopen miljoen jaar hebben aangetoond dat de concentraties koolstofdioxide hoog waren tijdens warme periodes - ongeveer 0.028%. Tijdens ijstijden, wanneer de aarde was ongeveer 7 tot 13 F (4-7 C) koeler dan in de 20e eeuw, bestaat koolstofdioxide uit alleen ongeveer 0.018% van de atmosfeer.

Hoewel waterdamp belangrijker is voor het natuurlijke broeikaseffect, hebben veranderingen in kooldioxide verleden temperatuurveranderingen gedreven. Waterdampniveaus in de atmosfeer daarentegen reageren op temperatuur. Naarmate de aarde warmer wordt, is het atmosfeer kan meer waterdamp vasthouden, welke versterkt de initiële opwarming in een proces dat 'waterdampfeedback' wordt genoemd. Variaties in kooldioxide zijn daarom de controlerende invloed over klimaatveranderingen uit het verleden.

Kleine verandering, grote effecten

Het zal niet verbazen dat een kleine hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer een groot effect kan hebben. We nemen pillen die een klein deel van onze lichaamsmassa uitmaken en verwachten dat ze ons beïnvloeden.

Tegenwoordig is het niveau van koolstofdioxide hoger dan ooit tevoren in de menselijke geschiedenis. Wetenschappers zijn het er algemeen over eens dat de gemiddelde oppervlaktetemperatuur op aarde is is al met ongeveer 2 F toegenomen (1 C) sinds de 1880s, en dat door mensen veroorzaakte toenames in koolstofdioxide en andere warmtevangstige gassen zeer waarschijnlijk verantwoordelijk.

Zonder actie om de uitstoot te beheersen, koolstofdioxide kan 0.1% van de atmosfeer bereiken door 2100, meer dan het drievoudige van het niveau vóór de industriële revolutie. Dit zou een snellere verandering dan overgangen in het verleden van de aarde dat had grote gevolgen. Zonder actie zal dit kleine stukje atmosfeer grote problemen veroorzaken.

Over de auteur

Jason West, hoogleraar Milieuwetenschappen en -techniek, Universiteit van North Carolina bij Chapel Hill

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

books_causes

 
enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

volg InnerSelf op

facebook icontwitter iconyoutube iconinstagram pictogrampintrest pictogramrss-pictogram

 Ontvang de nieuwste via e-mail

Wekelijks tijdschrift Dagelijkse inspiratie

NIEUWSTE VIDEO'S

De grote klimaatmigratie is begonnen
De grote klimaatmigratie is begonnen
by Super User
De klimaatcrisis dwingt duizenden over de hele wereld te vluchten omdat hun huizen steeds onbewoonbaarder worden.
De laatste ijstijd vertelt ons waarom we ons zorgen moeten maken over een verandering in temperatuur van 2 ℃
De laatste ijstijd vertelt ons waarom we ons zorgen moeten maken over een verandering in temperatuur van 2 ℃
by Alan NWilliams, et al
Het laatste rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) stelt dat zonder een substantiële afname ...
De aarde is al miljarden jaren bewoonbaar - hoe gelukkig hebben we het gehad?
De aarde is al miljarden jaren bewoonbaar - hoe gelukkig hebben we het gehad?
by Toby Tyrrell
Het kostte de evolutie 3 of 4 miljard jaar om Homo sapiens te produceren. Als het klimaat maar één keer volledig was mislukt in die ...
Hoe het weer in kaart brengen 12,000 jaar geleden kan helpen bij het voorspellen van toekomstige klimaatverandering
Hoe het weer in kaart brengen 12,000 jaar geleden kan helpen bij het voorspellen van toekomstige klimaatverandering
by Brice Rea
Het einde van de laatste ijstijd, zo'n 12,000 jaar geleden, werd gekenmerkt door een laatste koude fase genaamd de Jongere Dryas.…
De Kaspische Zee zal deze eeuw met 9 meter of meer dalen
De Kaspische Zee zal deze eeuw met 9 meter of meer dalen
by Frank Wesselingh en Matteo Lattuada
Stel je voor dat je aan de kust bent en uitkijkt over zee. Voor je ligt 100 meter kaal zand dat eruitziet als een ...
Venus leek weer op de aarde, maar door klimaatverandering werd het onbewoonbaar
Venus leek weer op de aarde, maar door klimaatverandering werd het onbewoonbaar
by Richard Ernst
We kunnen veel leren over klimaatverandering van Venus, onze zusterplaneet. Venus heeft momenteel een oppervlaktetemperatuur van ...
Vijf klimaatongevallen: een spoedcursus in verkeerde klimaatinformatie
The Five Climate Disbeliefs: een spoedcursus in verkeerde klimaatinformatie
by John Cook
Deze video is een spoedcursus over verkeerde informatie over het klimaat, waarin de belangrijkste argumenten worden samengevat die worden gebruikt om de realiteit in twijfel te trekken ...
Het noordpoolgebied is al 3 miljoen jaar niet zo warm geweest en dat betekent grote veranderingen voor de planeet
Het noordpoolgebied is al 3 miljoen jaar niet zo warm geweest en dat betekent grote veranderingen voor de planeet
by Julie Brigham-Grette en Steve Petsch
Elk jaar krimpt de zee-ijsbedekking in de Noordelijke IJszee tot half september tot een dieptepunt. Dit jaar meet het slechts 1.44 ...

LAATSTE ARTIKELEN

groene energie2 3
Vier groene waterstofkansen voor het middenwesten
by Christelijke Tae
Om een ​​klimaatcrisis af te wenden, zal het Midwesten, net als de rest van het land, zijn economie volledig koolstofarm moeten maken door...
ug83qrfw
Grote barrière om respons te eisen moet worden beëindigd
by John Moore, op aarde
Als federale regelgevers het juiste doen, kunnen elektriciteitsklanten in het Midwesten binnenkort misschien geld verdienen terwijl ...
bomen om te planten voor het klimaat
Plant deze bomen om het stadsleven te verbeteren
by Mike Williams-Rice
Een nieuwe studie stelt levende eiken en Amerikaanse platanen vast als kampioenen onder 17 "superbomen" die zullen helpen steden te maken ...
Noordzee zeebodem
Waarom we de geologie van de zeebodem moeten begrijpen om de wind te benutten?
by Natasha Barlow, universitair hoofddocent quartaire milieuverandering, Universiteit van Leeds
Voor elk land dat gezegend is met gemakkelijke toegang tot de ondiepe en winderige Noordzee, zal offshore wind de sleutel zijn om te voldoen aan de netto ...
3 natuurbrandlessen voor bossteden terwijl Dixie Fire het historische Greenville, Californië vernietigt
3 natuurbrandlessen voor bossteden terwijl Dixie Fire het historische Greenville, Californië vernietigt
by Bart Johnson, hoogleraar landschapsarchitectuur, Universiteit van Oregon
Een wildvuur brandde in heet, droog bergbos op 4 augustus door de Gold Rush-stad Greenville, Californië, ...
China kan energie- en klimaatdoelstellingen halen om steenkoolstroom af te dekken
China kan energie- en klimaatdoelstellingen halen om steenkoolstroom af te dekken
by Alvin Lin
Tijdens de klimaattop van de leider in april beloofde Xi Jinping dat China “de kolengestookte energie strikt zal controleren …
Blauw water omringd door dood wit gras
Kaart volgt 30 jaar extreme sneeuwsmelt in de VS
by Mikayla Mace-Arizona
Een nieuwe kaart van extreme sneeuwsmeltgebeurtenissen in de afgelopen 30 jaar verduidelijkt de processen die snel smelten veroorzaken.
Een vliegtuig laat rode brandvertrager op een bosbrand vallen terwijl brandweerlieden die langs een weg geparkeerd staan ​​omhoog kijken naar de oranje lucht
Model voorspelt 10-jarige uitbarsting van natuurbrand, daarna geleidelijke afname
by Hannah Hickey-U. Washington
Een blik op de toekomst van bosbranden op de lange termijn voorspelt een eerste ruwweg tien jaar durende uitbarsting van natuurbrandactiviteit, ...

 Ontvang de nieuwste via e-mail

Wekelijks tijdschrift Dagelijkse inspiratie

Nieuwe attitudes - nieuwe mogelijkheden

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Alle rechten voorbehouden.